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技術 ツインファンターボ機械

出願人 サフラン・エアクラフト・エンジンズ
発明者 ソン・ル・オンオリビエ・ミカエル・モリナーリレジ・ウジエーヌ・アンリ・セルバン
出願日 2008年6月26日 (12年5ヶ月経過) 出願番号 2008-166888
公開日 2009年1月15日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2009-008083
状態 特許登録済
技術分野 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 保持ケーシング 入口コーン 軸方向オリフィス ナットシステム ファンインペラ 内部ナット アッタチメント フローダクト
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2009年1月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

従来技術のこれらの問題に対する簡単で、経済的、かつ効果的な解決方法を提供する。

解決手段

上流と下流の、二重反転ファンを備えたツインファンターボ機械において、二重反転ファンが、下流に位置付けられた少なくとも1つの低圧タービンインペラに1つのファンインペラをそれぞれが連結させる、2つの反転同軸シャフトによって駆動される、ツインファンターボ機械であって、下流ファンインペラがその下流部によってその駆動シャフトに連結されている、ツインファンターボ機械。

概要

背景

ツインファン機械設計を組み込んだ、知られているターボ機械では、軸線方向に離隔された2つのファンインペラが、ターボ機械の下流部に位置付けられた低圧タービンシャフトによって反対の方向に回転駆動される。

各低圧タービンシャフトは、その上流端部でファンインペラの駆動シャフトに取り付けられている。上流ファンインペラ駆動シャフトは、上流インペラの下流部に連結され、下流ファンインペラを駆動する駆動シャフトによって取り囲まれている。この駆動シャフトは、円錐台形状の連結壁によって下流ファンインペラの上流部に連結されている。

下流ファン駆動シャフトは、その上流端部で、下流ファンインペラの内部で半径方向に位置決めされた上流軸受によって、またその下流端部で下流軸受によって案内されている。これら2つの軸受は取付け台によってターボ機械のケーシングに連結されている。上流ファンシャフトの上流端部は、上流シャフト間の軸受によって、下流ファンシャフトの上流端部に連結されており、その下流端部は、下流シャフト間軸受によって、下流ファンシャフトの下流端部に連結されている。これら2つのシャフト間の軸受は、上流ファン駆動シャフトを下流ファン駆動シャフトの内部で心合わせする。

このタイプのツインファンの設計は、2つのファンそれぞれの回転速度を、単一ファンのエンジンと比較して半分にすることによって、エンジンによって放たれる厄介ノイズを軽減するという利点を有し、またターボ機械が効果的に改良されるのを可能にする。しかし、従来技術で知られている反転ファンを備えたターボ機械はいくつかの欠点を有する。

具体的に述べると、ターボ機械の動作中、下流ファンインペラがその駆動シャフトに取り付けられている方法は、インペラが遠心力の作用下で最適に心合わせされた状態に保たれることを可能にしない。さらに、下流ファンシャフトを案内する上流軸受を支持している取付け台は、特に上流ファンインペラと下流ファンインペラとから伝えられた負荷に耐えることが可能であるように充分に強固なものである必要がある。このことは、その長さを考慮して、比較的重い取付け台を使用しなければならないことを意味している。

上流案内軸受上流シャフト間軸受を重ね合わせるということは、2つの軸受の一方の寸法を変更すると、他方の軸受の幾何形状を変更しなければならないということを意味している。さらに、このような変更は、上流案内軸受取付け台が、ターボ機械の内部に向かって延在する下流ファンインペラのバランスウェイトに対して接近していることによって制限される。

案内軸受は、これらの軸受を支持している取付け台に固定されたノズルによって潤滑される。上流シャフト間軸受と下流シャフト間軸受とは、これらの軸受が2つの回転シャフト内に位置付けられて、ノズルの嵌め込みを妨げていることから、これらを潤滑することができない。

1つの解決法は、下流ファン駆動シャフトに遠心式スクープ据え付けることである。このスクープには下流案内軸受取付け台に固定されたノズルによって油が供給される。このスクープによって収集された油は、下流ファン駆動シャフトの壁のオリフィスを通過する。遠心力の作用によって、この油は下流ファン駆動シャフトの円錐台形状の内部壁に沿って流れ、そのようにして下流シャフト間軸受と上流シャフト間軸受とを交代に潤滑する。この解決方法は、ノズルを使用する解決方法よりも効果が低いことが判明している。これは、シャフト間軸受に油プラグが生じる場合があり、これによって軸受の転がり要素が、転がるのではなく滑るようになり、これによって軸受の磨耗を加速化することによる。しかし、この解決法は、各ファンの回転速度が単一ファンターボ機械のシャフトの半分しかないことから、ツインファンターボ機械にとってはなおも有利である。

油を下流シャフト間軸受から上流シャフト間軸受に向けて案内するために、下流ファン駆動シャフトの内部壁を使用すると、この壁に通気口を開けることができなくなる。このことの欠点は、これら2つの駆動シャフト間に相当程度に密閉された閉鎖空間を作り出し、下流ファンを隔てて圧力差を生じることである。この閉鎖空間内で温度の上昇も起こる場合があり、これによって様々な構成要素および潤滑油昇温する。

概要

従来技術のこれらの問題に対する簡単で、経済的、かつ効果的な解決方法を提供する。上流と下流の、二重反転ファンを備えたツインファンターボ機械において、二重反転ファンが、下流に位置付けられた少なくとも1つの低圧タービンインペラに1つのファンインペラをそれぞれが連結させる、2つの反転同軸シャフトによって駆動される、ツインファンターボ機械であって、下流ファンインペラがその下流部によってその駆動シャフトに連結されている、ツインファンターボ機械。

目的

本発明の特定の目的は、従来技術のこれらの問題に対する簡単で、経済的、かつ効果的な解決方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

上流と下流の、二重反転ファンを備えたツインファンターボ機械にして、二重反転ファンが、低圧コンプレッサの上流に取り付けられ、下流に位置付けられた少なくとも1つの低圧タービンインペラに1つのファンインペラをそれぞれが連結させる、2つの反転同軸シャフトによって駆動される、ツインファンターボ機械であって、下流ファンのインペラがその下流部によってその駆動シャフトに連結されている、ツインファンターボ機械。

請求項2

下流ファンのシャフトの上流部が、下流ファンインペラの下流に位置付けられた軸受によって回転可能に案内されている、請求項1に記載のターボ機械

請求項3

軸受の外径が、下流ファンインペラの内径と実質的に等しい、請求項2に記載のターボ機械。

請求項4

下流ファンインペラの下流部が、その駆動シャフトの上流部の環状リムと、ターボ機械の低圧コンプレッサのロータへの連結をもたらしている円錐台形状壁の上流端部とにボルト締めされている、請求項1に記載のターボ機械。

請求項5

下流ファンシャフトの上流部が、頂点半径方向外方に導かれ、シャフトを案内する軸受を支承するV字形状セクションを形成するように一緒接合された、上流壁下流壁の2つの円錐台形状壁を備える、請求項1に記載のターボ機械。

請求項6

上流シャフト間軸受が、下流ファンシャフトの上流円錐台形状壁の上流端部と上流ファンシャフトの上流端部との間に取り付けられている、請求項5に記載のターボ機械。

請求項7

下流シャフト間軸受が、下流ファンシャフトの下流円錐台形状壁の下流端部で、2つの同軸のシャフトの間に取り付けられ、その潤滑油回収して油を上流シャフト間軸受に油を供給する手段に案内する手段を備える、請求項6に記載のターボ機械。

請求項8

油を上流軸受に供給する手段が、2つのシャフトの間に取り付けられた油分離手段の中に組み込まれた遠心式スクープと、ターボ機械の軸線に関して正反対であり、遠心式スクープによって供給され、上流シャフト間軸受の内部ナットの中に組み込まれたスクープに供給している、軸方向の管とを備える、請求項7に記載のターボ機械。

請求項9

下流軸受から油を回収する手段が、下流軸受の外部ナットを上流の方向に延在させる軸方向の円筒形スカートを備える、請求項7に記載のターボ機械。

請求項10

下流ファン駆動シャフトの上流部が通気口を備える、請求項1に記載のターボ機械。

請求項11

下流ファンシャフトの上流円錐台形状壁の上流端部が、円錐台形状キャップによって、下流ファンインペラの上流部に連結されている、請求項5に記載のターボ機械。

請求項12

円錐台形状キャップがその上流端部で、半径方向内向きに延在する環状壁に連結され、環状壁の半径方向内側端部は、上流軸受の上流に位置付けられた下流ファン駆動シャフトの一部と同一平面上にある、請求項11に記載のターボ機械。

請求項13

環状壁が、環状壁の半径方向内側端部で開口して、下流ファンインペラと下流ファンシャフトの円錐台形状上流壁との間に位置した空間の中に通じる通気口を、環状壁の厚み内に形成して備える、請求項12に記載のターボ機械。

技術分野

0001

本発明は、二重反転ファンを備えたツインファンターボ機械に関し、より詳しくは、これらのファンをそれらの駆動シャフトに連結させる要素の特別な構成に関する。

背景技術

0002

ツインファンの機械設計を組み込んだ、知られているターボ機械では、軸線方向に離隔された2つのファンインペラが、ターボ機械の下流部に位置付けられた低圧タービンシャフトによって反対の方向に回転駆動される。

0003

各低圧タービンシャフトは、その上流端部でファンインペラの駆動シャフトに取り付けられている。上流ファンインペラ駆動シャフトは、上流インペラの下流部に連結され、下流ファンインペラを駆動する駆動シャフトによって取り囲まれている。この駆動シャフトは、円錐台形状の連結壁によって下流ファンインペラの上流部に連結されている。

0004

下流ファン駆動シャフトは、その上流端部で、下流ファンインペラの内部で半径方向に位置決めされた上流軸受によって、またその下流端部で下流軸受によって案内されている。これら2つの軸受は取付け台によってターボ機械のケーシングに連結されている。上流ファンシャフトの上流端部は、上流シャフト間の軸受によって、下流ファンシャフトの上流端部に連結されており、その下流端部は、下流シャフト間軸受によって、下流ファンシャフトの下流端部に連結されている。これら2つのシャフト間の軸受は、上流ファン駆動シャフトを下流ファン駆動シャフトの内部で心合わせする。

0005

このタイプのツインファンの設計は、2つのファンそれぞれの回転速度を、単一ファンのエンジンと比較して半分にすることによって、エンジンによって放たれる厄介ノイズを軽減するという利点を有し、またターボ機械が効果的に改良されるのを可能にする。しかし、従来技術で知られている反転ファンを備えたターボ機械はいくつかの欠点を有する。

0006

具体的に述べると、ターボ機械の動作中、下流ファンインペラがその駆動シャフトに取り付けられている方法は、インペラが遠心力の作用下で最適に心合わせされた状態に保たれることを可能にしない。さらに、下流ファンシャフトを案内する上流軸受を支持している取付け台は、特に上流ファンインペラと下流ファンインペラとから伝えられた負荷に耐えることが可能であるように充分に強固なものである必要がある。このことは、その長さを考慮して、比較的重い取付け台を使用しなければならないことを意味している。

0007

上流案内軸受上流シャフト間軸受を重ね合わせるということは、2つの軸受の一方の寸法を変更すると、他方の軸受の幾何形状を変更しなければならないということを意味している。さらに、このような変更は、上流案内軸受取付け台が、ターボ機械の内部に向かって延在する下流ファンインペラのバランスウェイトに対して接近していることによって制限される。

0008

案内軸受は、これらの軸受を支持している取付け台に固定されたノズルによって潤滑される。上流シャフト間軸受と下流シャフト間軸受とは、これらの軸受が2つの回転シャフト内に位置付けられて、ノズルの嵌め込みを妨げていることから、これらを潤滑することができない。

0009

1つの解決法は、下流ファン駆動シャフトに遠心式スクープ据え付けることである。このスクープには下流案内軸受取付け台に固定されたノズルによって油が供給される。このスクープによって収集された油は、下流ファン駆動シャフトの壁のオリフィスを通過する。遠心力の作用によって、この油は下流ファン駆動シャフトの円錐台形状の内部壁に沿って流れ、そのようにして下流シャフト間軸受と上流シャフト間軸受とを交代に潤滑する。この解決方法は、ノズルを使用する解決方法よりも効果が低いことが判明している。これは、シャフト間軸受に油プラグが生じる場合があり、これによって軸受の転がり要素が、転がるのではなく滑るようになり、これによって軸受の磨耗を加速化することによる。しかし、この解決法は、各ファンの回転速度が単一ファンターボ機械のシャフトの半分しかないことから、ツインファンターボ機械にとってはなおも有利である。

0010

油を下流シャフト間軸受から上流シャフト間軸受に向けて案内するために、下流ファン駆動シャフトの内部壁を使用すると、この壁に通気口を開けることができなくなる。このことの欠点は、これら2つの駆動シャフト間に相当程度に密閉された閉鎖空間を作り出し、下流ファンを隔てて圧力差を生じることである。この閉鎖空間内で温度の上昇も起こる場合があり、これによって様々な構成要素および潤滑油昇温する。

発明が解決しようとする課題

0011

軸受間の空間から浮遊された油の一部を回収し、そのようにしてエンジンの油消費量および大気汚染を制限するために、通例油分離手段が使用されている。しかし、上流ファン駆動シャフトと下流ファン駆動シャフトとが半径方向に接近しているということは、上流ファン駆動シャフトに半径方向の通気孔を取り付けているタイプの従来型の油分離手段を、シャフト間の空間で使用することができないということを意味している。これは、このような手段の適正な作動には、半径方向の通気孔の自由端部と下流ファンシャフトの内部壁との間に最小限度の間隔がなければならないことによる。したがって、より複雑で、より高コストの、より扱いにくい手段に頼ることになる。さらに、シャフト間軸受同士の間で、下流ファン駆動シャフトの壁に穴を開けることが可能でないという事実によっても、上流案内軸受取付け台と下流ファン駆動シャフトとの間に油分離システムを据え付けることができなくなる。

0012

本発明の特定の目的は、従来技術のこれらの問題に対する簡単で、経済的、かつ効果的な解決方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0013

この目的のために、本発明は、上流と下流の、二重反転ファンを備えたツインファンターボ機械において、二重反転ファンが、低圧コンプレッサの上流に取り付けられ、下流に位置付けられた少なくとも1つの低圧タービンインペラに1つのファンインペラをそれぞれが連結させる、2つの二重反転同軸シャフトによって駆動される、ツインファンターボ機械であって、下流ファンのインペラがその下流部によってその駆動シャフトに連結されている、ツインファンターボ機械を提案する。

0014

本発明によれば、下流ファンインペラ駆動シャフトは、このインペラの下流部に、ファンインペラの下に下流ファンインペラを釣り合わせるためのバランスウェイトを収容する充分な空間を残すように取り付けられている。

0015

他の特徴によれば、下流ファンのシャフトの上流部が、下流ファンインペラの下流に位置付けられた軸受によって回転可能に案内されることによって、ターボ機械のケーシングに連結された上流案内軸受取付け台の質量および長さを縮小することを可能にしている。

0016

有利には、軸受の外径は、下流ファンインペラの内径と実質的に等しい。案内軸受の直径を従来技術と比較してより大きくすることによって、負荷をより充分に案内軸受取付け台に伝えると同時に、従来技術の転がり軸受と同様の断面積を有する転がり軸受を保つことが可能になる。反転ファンの低い回転速度によって、軸受の耐用年数を縮小せずにこの変更が行われることが可能になる。

0017

他の特徴によって、下流ファンインペラの下流部は、その駆動シャフトの上流部の環状リムと、ターボ機械の低圧コンプレッサのロータへの連結をもたらしている円錐台形状壁の上流端部とにボルト締めされている。下流ファンインペラの下流で二重にボルト連結するということは、低圧コンプレッサと下流ファンインペラとから構成されるアセンブリを、アセンブリがその駆動シャフトに取り付けられる前に釣り合わせることが可能であるということ、つまり独立して釣り合わされることを意味している。この取り付けの幾何形状も下流ファンインペラを、遠心力の作用にもかかわらず、ターボ機械の動作中に最適に心合わせされた状態に保つことができることを意味している。

0018

有利には、下流ファンシャフトの上流部は、頂点半径方向外方に導かれ、シャフトを案内する軸受を支承するV字形状セクションを形成するように一緒接合された、上流壁下流壁の2つの円錐台形状壁を備える。V字形状は、2つの駆動シャフト同士を半径方向に隔てることができ、したがってシャフト同士の間の空間の容積を拡大して、半径方向の通気孔を伴うタイプの従来型油分離手段が使用されるのを可能にすることを意味している。

0019

上流シャフト間軸受は、下流ファンシャフトの上流円錐台形状壁の上流端部と上流ファンシャフトの上流端部との間に取り付けられている。同様に、下流シャフト間軸受は、下流ファンシャフトの下流円錐台形状壁の下流端部で、ファンの2つの同軸シャフト同士の間に取り付けられており、その潤滑油を回収してそれを、油を上流シャフト間軸受に供給する手段に案内する手段を備える。

0020

本発明の好ましい実施形態では、油を上流軸受に供給する手段は、2つのシャフトの間に取り付けられた油分離手段の中に組み込まれた遠心式スクープと、ターボ機械の軸線に関して正反対であり、遠心式スクープによって供給され、上流シャフト間軸受の内部ナットの中に組み込まれたスクープに供給している、軸方向の管とを備える。

0021

他の特徴によると、下流軸受から油を回収する手段は、下流軸受の外部ナットを上流の方向に延在させる軸方向の円筒形スカートを備える。

0022

下流ファンシャフトの上流部のV字形状のために、油は、下流ファンシャフトの内部壁に沿って流れることによって、もはや上流シャフト間軸受に到達することはできない。上流シャフト間軸受への油の供給を再確立するために、下流シャフト間軸受を下流駆動シャフトに取り付けるための外部固定用ナットには、円筒形スカートが嵌め込まれている。円筒形スカートは、下流シャフト間軸受を通過した油を、遠心式スクープまで案内する。遠心式スクープは、上流端部で上流軸受の内部ナットの中に組み込まれたスクープへと通じた管と連通している。

0023

下流ファン駆動シャフトの上流部は、通気口を備えて、下流ファン駆動シャフトを隔てて圧力および温度を釣り合わせることを可能にしている。

0024

下流ファンシャフトの円錐台形状の上流部の上流端部を、円錐台形状キャップによって下流ファンインペラの上流部に連結することができる。このキャップの目的は、空気および油が軸受のまわりを流れてゆく空間を閉鎖し、低圧コンプレッサから出された空気を、この空間を加圧するシステムに向けて搬送することである。このキャップは、これが下流ファンの機械的一体性には役割を果たしていないことから、軽量の材料で作成することができる。

0025

他の特徴によって、円錐台形状のキャップは、その上流端部で、半径方向内向きに延びる環状の壁に連結されており、その半径方向内側端部は、空間を加圧するシステムを形成するように、上流軸受の上流に位置付けられた下流ファン駆動シャフトの一部と同一平面上にある。

0026

この環状壁は、有利には、環状壁の半径方向内側端部で開口し、下流ファンインペラと下流ファンシャフトの円錐台形状上流壁との間に位置した空間の中に通じる通気口を、環状壁の厚み内に形成して備える。したがって、これらのオリフィスを通る空気の流れが、下流から上流の方向に確立されることが可能であって、上流軸受の潤滑油が、円錐台形状キャップの上流に到達することによって、キャビン通気用空気が出される2次フローダクト内に進入してしまうのを防止する。

0027

非限定的実施例としてここに掲げる以下の記述を読み、添付図面を参照すれば、本発明はより充分に理解され、本発明の他の詳細、利点、および特徴が明らかとなろう。

発明を実施するための最良の形態

0028

最初に、従来技術によるツインファンターボ機械の一部を表している図1を参照する。このようなターボ機械は、二重反転ファンインペラ、即ち上流ファンインペラ10と下流ファンインペラ12とを備え、これらは、2つの同軸シャフト20、22によってターボ機械の軸線18のまわりで回転可能に駆動され、下流ファンシャフト22が上流ファンシャフト20を取り囲んでいる。各ファンインペラは、インペラ10、12を回転可能に釣り合わせるための、半径方向内向きに延在するウェイト24を備える。ファンインペラ10、12は、ターボ機械に進入する空気の流れを導く保持ケーシング26によって外部から取り囲まれている。

0029

2つの上流ファンと下流ファンとは、ターボ機械に進入してくる空気流を導くためのコーン28の下流に、また、空気流を、矢印Aによって表している1次空気流と、矢印Bによって表している2次空気流とに分割する低圧コンプレッサ30の上流に取り付けられている。

0030

上流ファンシャフト20の上流端部は、ネジナットシステム32によって、上流端部を上流ファンインペラ10の下流面に連結させる円錐台形状の連結壁34に取り付けられている。下流ファンシャフト22の上流端部は、ネジ/ナットシステム36によって、断面が下流方向に広がってゆく円錐台形状壁38の上流端部に取り付けられており、この円錐台形状壁38の下流端部は、ネジ/ナットシステム40によって、下流ファンインペラ12の上流面に連結されている。下流ファンインペラ12の下流部は、円錐台形状壁42によって、ネジ/ナットシステム44を介して低圧コンプレッサ30のロータに連結されている。

0031

上流ファンシャフト20の回転は、下流ファンシャフト22によって、上流シャフト間軸受46と下流シャフト間軸受48とを介して支持されている。

0032

下流ファンシャフト22の上流端部に位置決めされた上流案内軸受50は、ターボ機械のケーシング54に固定された円錐台形状の支持壁52に取り付けられている。下流案内軸受56が、下流ファンシャフト22の下流端部と、ケーシング54に固定された軸受取付け台57との間に挿入されている。

0033

上流シャフト間軸受46と下流案内軸受56とは、ボール軸受タイプであり、このことはこれらが軸方向の負荷に耐える能力があることを意味している。一方、下流シャフト間軸受48と上流案内軸受50とは、ローラ軸受タイプであって、ターボ機械からの半径方向の負荷に耐えることができる。

0034

第1オイルノズル58が、円錐台形状の支持壁52の内部面に固定され、したがって上流案内軸受50を潤滑することができる。軸受取付け台57にいずれも固定されている第2オイルノズル60と第3オイルノズル62とは、これらの油出口が半径方向内向きに導かれた状態で実質的に半径方向に位置決めされ、これらを使用してそれぞれ下流案内軸受56と下流シャフト間軸受48とを潤滑することができる。

0035

下流ファンシャフト22の下流端部は、上流で下流シャフト間軸受48に向かって、また下流で、第3ノズル62から到来した油を回収する遠心式スクープ66に向かって開口している軸方向オリフィス64を有する。

0036

下流ファンシャフト22の下流端部は、この第1低圧タービンシャフト67の上流端部に締め付けられるナット68を使用して、低圧タービンシャフト67(図示せず)に取り付けられている。同様に、上流ファンシャフト20の下流端部は、締め付けナット69によって、第1低圧タービンシャフト67によって取り囲まれた第2低圧タービンシャフト70に取り付けられている。ナット68は、軸方向の円筒形スカートを有するが、円筒形スカートは上流方向に延在し、その上流端部で、下流シャフト間軸受48の下流にある、上流ファンシャフト20の下流端部に取り付けられた回転シール部75に当たって密閉している。

0037

ターボ機械の動作中は、燃焼ガスタービンブレード同士を、したがってシャフト67、70を反対方向に回転させる。したがって、上流ファンシャフト20と下流ファンシャフト22とは反対方向に回転して、望ましくないノイズを軽減し、単一ファンターボ機械と比較して、効率を高める。

0038

上流シャフト間軸受46は以下のように潤滑される。第3ノズル62から到来した油は、遠心式スクープ66によって回収され、次いで下流ファンシャフト22内の軸方向オリフィス64を通過して、下流軸受48に供給される。

0039

最後に、油は遠心力の作用下で、下流ファンシャフト22の内部壁に沿って上流に流れ、上流シャフト間軸受46を潤滑する。

0040

このタイプの機械設計では、バランスウェイト24が上流案内軸受50の取付け台52に接近していることから、上流シャフト間軸受46と上流案内軸受50との寸法は極めて僅かにしか変更することができない。さらに、下流ファンシャフト22に穴を開けて、低圧コンプレッサ30から逃がされた空気を上流ファンシャフト20に巡回させることは、潤滑油がこのシャフトに沿って流れることから可能ではない。さらに、2つのファンシャフト20と22の間の半径方向の間隔は、半径方向の通気孔のタイプの従来型分離手段を嵌め込むのに充分な大きさはない。

0041

図2および図3に表している本発明は、下流ファンシャフト71とそのインペラ12との連結が、インペラ12の下流部にあるという事実によって、このタイプのツインファン設計の問題を克服する。下流ファンインペラ12のシャフト71は、2つの円錐台形状壁72、73を有する。これらは上流壁と下流壁であって、一緒に接合されてV字状セクションを形成している。Vの頂点は半径方向外側に導かれ、下流ファンシャフト71を案内する案内軸受50を支承する円筒形プラットフォーム74を備える。環状リム76は、Vの頂点で延在して、ネジ/ナットシステム78によって下流ファンインペラ12の下流面に連結されている。この連結は、下流ファンインペラが遠心力の作用下で心合わせされた状態になっていることを可能にする。第2のボルト連結部44は、下流ファンインペラ12の下流面を低圧コンプレッサロータ30の円錐台形状壁42に連結している。この二重連結部によって、下流ファンインペラ12と低圧コンプレッサロータ30とから構成されるアセンブリが、このアセンブリが下流ファンシャフト71に取り付けられる前に動的に釣り合わされることが可能になる。

0042

本発明は、上流案内軸受50が軸方向下流に、かつ半径方向外向きにオフセットされることを可能にする。したがって軸受取付け台52を短くして、ターボ機械の質量を縮小することができる。この新規取り付け方法によって、下流ファンインペラ12の内部の空間を使えるように空けて、バランスウェイト24を嵌め込むことが可能になる。

0043

上流シャフト間軸受46は、下流ファンシャフト71の上流円錐台形状壁72の上流端部と上流ファンシャフト20の上流端部との間に取り付けられている。同様に、下流シャフト間軸受48は、下流ファンシャフト71の下流円錐台形状壁73の下流端部と、上流ファンシャフト20の下流端部との間に取り付けられている。

0044

円錐台形状キャップ80は、下流ファンシャフト71の上流円錐台形状壁72の上流端部を、下流ファンインペラ12の上流面に連結している。円錐台形状キャップ80はその上流端部で、下流方向に延在する円筒壁82と、半径方向内側に延在する環状壁84とに連結されている。円筒壁82では、その半径方向内側の面が、下流ファンシャフト71の上流円錐台形状壁72の上流端部に対してもたれかかっている。環状壁84の半径方向内側の端部は、上流ファンシャフト20の一部と同一平面に位置している。環状壁84では、その厚みにいくつかの穴86も開けられている。これらの穴は一方端部で、下流ファンシャフトに実質的に直角に通じ、他方端部で、下流ファンシャフト71の上流円錐台形状壁72と下流ファンインペラ12との間に包含された空洞から作られる穴88に通じている。従来技術とは対照的に、このキャップ80は、ターボ機械の動作中に負荷を伝えることに役割を果たしていないので、軽量の材料を使用することが可能である。

0045

下流ファンシャフト71の幾何形状を変更することは、リング91によって上流ファンシャフト20に取り付けられ、2つのファンシャフト20、71の間に延在する半径方向の油分離ダクト90を据え付けることができるということを意味している。具体的に述べると、下流ファンシャフト71の下流円錐台形状壁73とダクト90の半径方向外側端部との間の間隔Eが、このタイプの油分離手段の適正な動作に必要な最小限度の距離よりも大きくなる(図3)。

0046

下流ファンシャフト71のV字形状が、下流シャフト間軸受48からの潤滑油が上流シャフト間軸受46まで流れることを可能にしないことから、油を循環させる新たな方法が開発されている。この理由のために、下流ファンシャフト71の下流円錐台形状壁73の下流端部は、下流シャフト間軸受48から油を回収する手段を備える。これらの手段は、下流シャフト間軸受48の外部締め付けナット94を上流方向に延在させる軸方向円筒スカート92を備える。

0047

下流ファンシャフト71に固定されたこれらの回収手段は、油を上流シャフト間軸受46に搬送する手段と協働する。搬送手段では、下流遠心式スクープ96が、油分離ダクト90を保持するリング91の中に組み込まれている。遠心式スクープ96は、上流シャフト間軸受46に向かって延在する2つの管98に上流で連結されている。これらの管98は、軸方向に導かれ、あるいは、理想的な構成では、遠心力の作用下で油を加速させるように、僅かに外向きに、下流方向から上流方向に傾斜しているが、これらは半径方向の油分離ダクト90同士の間に取り付けられている。2つの管98は、ターボ機械の作動中に上流ファンシャフト20の釣り合いを失わせないように、ターボ機械の軸線18に関して正反対となっている。上流遠心式スクープ100は、上流シャフト間軸受46を固定する内部アッタチメントナットの中に組み込まれ、上流ファンシャフト20に固定されている。

0048

管98はダクト90同士の間に挿入され、それらを、ダクト90を保持しているリング91と保持リング103との間に入れ子にすることによって取り付けられる。リング102は、上流シャフト間軸受46を固定するために使用される内部締め付けナットをロックし、リング103を上流ファンシャフト20に対して心合わせし、角度の割り出しをする。ダクト保持リング91も、上流ファンシャフト20に対して角度の割り出しがなされている。リング91および103への二重の割り出しによって、管98同士が正しい角度で互いに平行に据え付けられることが保証される。

0049

下流円錐台形状壁73の上流端部では、プラットフォーム74の下に軸線方向の穴104が形成され、これらは下流円錐台形状壁73の両側でそれぞれ開いている。

0050

環状リム76と下流ファンシャフト71の下流円錐台形状壁73とは通気口106を有する。

0051

上流シャフト間軸受46と下流シャフト間軸受48とは、図4で矢印によって表しているように潤滑される。第3ノズル62によって油が噴霧され、下流ファンシャフト71のスクープ66によって、油が穴64を通って下流シャフト間軸受48まで導かれることが可能になる。遠心力の作用下で、下流シャフト間軸受48を通過している油が回収され、締め付けナット94の上流端部まで案内され、次いで下流スクープ96に向けて噴霧される。次いで油は管98を通過し、油を回収してそれを上流シャフト間軸受46に供給する上流スクープ100へと至る。するとこの油は穴と通路ネットワークを通って移動し、油を転がり要素に分配する上流シャフト間軸受46の内側レースへと至る。上流シャフト間軸受46の上流に噴霧された油がスクープによって回収され、スクープは油を穴のネットワークに向けて導く。この穴のネットワークによって、油はこの軸受の下流側に向けて戻されて、上流シャフト間軸受46の下流に噴霧された油と合流することが可能になる。次いで油は、遠心力の作用下で、下流方向に、下流ファンシャフト71の上流円錐台形状壁72の内部面全体に広がる。次いで油は、プラットフォーム74の下に作成された穴104を通過し、重力の作用下で、上流案内軸受50の取付け台52の内部壁に沿って流れ落ちる。

0052

様々なスクープによって潤滑油が正確に流れることが可能となるように、上流シャフト間軸受46の内径は、従来技術と比較してより大きくされている。

0053

本発明は、低圧コンプレッサ30から逃がされた空気が、下流ファンシャフト71の穴106を通って上流ファンシャフト20まで流れることによって、2つのファンシャフト同士の圧力差を回避すること可能にする(図5)。空気流が、下流ファンインペラ12と上流円錐台形状壁72との間に位置付けられた空洞から、加圧オリフィス88、86を通って、円錐台形状キャップ80の環状壁84の半径方向内側端部に向かって生成される。この流れは、円錐台形状キャップ80の下流で、上流軸受46に到達した潤滑油を定位置に保つ。これによってキャップ80の上流で油の損失が防止される。そうでなければ、そのような損失は、機室の通気用空気が逃がされる2次流れダクトの中に排出される可能性がある。

0054

本発明によるターボ機械のツインファンは以下のように組み立てられる。下流ファンインペラ12のシャフト71が案内軸受50と案内軸受56とで組み立てられる。このようにして形成されたアセンブリは、案内軸受50と案内軸受56との取付け台52と取付け台57とを介してターボ機械のケーシング54に固定される。下流ファンシャフト71の環状リム76が、下流ファンインペラ12の下流部にボルト78で締め付けられる。下流ファンシャフト71の下流端部は、ナット68を使用してその低圧タービンシャフト67に固定される。上流ファンシャフト20が、上流転がり軸受46と下流転がり軸受48とによって、下流ファンシャフト71の内部に挿入され、ナット69を使用して、その下流端部で、その低圧タービンシャフトに70に固定される。上流ファンシャフト20の上流端部が上流インペラ10に取り付けられ、入口コーン28が、このようにして組み立てられたツインファンの上流に嵌め込まれる。

0055

代替方法として、上流シャフト間軸受46と下流案内軸受56は、ローラ軸受タイプとなり、下流シャフト間軸受48と上流案内軸受50とはボール軸受タイプとなる。

図面の簡単な説明

0056

従来技術によるツインファンターボ機械の部分的概略片側軸方向断面図である。
本発明による上流と下流の二重反転ファンを備えたターボ機械の部分的概略片側軸方向断面図である。
本発明によるツインファンターボ機械の機械設計の概略的軸方向断面拡大図である。
本発明によるツインファンターボ機械を通る空気の流れと軸受の潤滑とを示している、図3と同一の図である。
本発明によるツインファンターボ機械を通る空気の流れと軸受の潤滑とを示している、図3と同一の図である。

符号の説明

0057

10上流ファンインペラ
12下流ファンインペラ
18ターボ機械の軸線
20上流ファンシャフト
22、71下流ファンシャフト
24バランスウェイト
28コーン
30低圧コンプレッサ
32、36、40、78ネジ/ナットシステム
34、38、42円錐台形状壁
44 第2のボルト連結部
46上流シャフト間軸受
48下流シャフト間軸受
50 上流案内軸受
52、57軸受取付け台
54 ターボ機械のケーシング
56 下流案内軸受
58 第1オイルノズル
60 第2オイルノズル
62 第3オイルノズル
64軸方向オリフィス
66、100遠心式スクープ
67 第1低圧タービンシャフト
68、69締め付けナット
70 第2低圧タービンシャフト
72 上流円錐台形状壁
73 下流円錐台形状壁
74円筒形プラットフォーム
75回転シール部
76環状リム
78ボルト
80 円錐台形状キャップ
82円筒壁
84環状壁
86、88加圧オリフィス
90半径方向の油分離ダクト
91、102リング
92 軸方向円筒スカート
94 外部締め付けナット
96 下流遠心式スクープ
98 管
103保持リング
104 穴
106通気口

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